【摘 要】
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微波通讯技术的迅猛发展,特别是以5G技术为代表的移动通信技术的快速迭代促使微波器件朝着小型化、集成化以及多功能方向发展,对微波介质材料提出了更高的要求。为满足上述需求,低温共烧陶瓷(LTCC)技术作为一种先进的无源集成技术受到广泛关注。一般来说,高介电常数有利于微波器件的小型化,开发具有较高品质因数(Q ×f)及近零谐振频率温度系数(τf)的中高介LTCC材料对于微波器件的小型化和集成化具有重要意
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微波通讯技术的迅猛发展,特别是以5G技术为代表的移动通信技术的快速迭代促使微波器件朝着小型化、集成化以及多功能方向发展,对微波介质材料提出了更高的要求。为满足上述需求,低温共烧陶瓷(LTCC)技术作为一种先进的无源集成技术受到广泛关注。一般来说,高介电常数有利于微波器件的小型化,开发具有较高品质因数(Q ×f)及近零谐振频率温度系数(τf)的中高介LTCC材料对于微波器件的小型化和集成化具有重要意义。本文从中高介陶瓷材料入手,选取固有烧结温度(1100℃)较低的Li1.0Nb0.6Ti0.5O3陶瓷作为研究对象,通过低温降烧以及离子取代的方法,以期获得具有较高Q×f值和近零τf值的中高介LTCC材料。具体如下:(1)研究LBSCA玻璃和BaCu(B2O5)两种烧结助剂对Li1.0Nb0.6Ti0.5O3陶瓷的低温降烧效果。0.4 wt.%LBSCA能够将Li1.0Nb0.6Ti0.5O3的烧结温度降到925℃,其微波介电性能为:εr=62.9,Q ×f=7561 GHz,τf=12.56 ppm/℃。0.4 wt.%BaCu(B2O5)掺杂能够促进晶粒生长和陶瓷的致密,最佳烧结温度为950℃,微波介电性能为:εr=61.4,Q×f=6423 GHz,τf=27.5 ppm/℃。此外,上述制备的两种陶瓷与Ag都具有良好的化学兼容性。(2)研究(Ti1/2W1/2)5+取代对Li1.0Nb0.6-x(Ti1/2W1/2)xTi0.5O3陶瓷的影响。(Ti1/2W1/2)5+取代引入了第二相Li2WO4和过量的Ti并对主晶相的晶体结构产生了影响。1050℃烧结的Li1.0Nb0.52(Ti1/2W1/2)0.08Ti0.5O3陶瓷介质损耗最低,微波介电性能为:εr=53.8,Q ×f=7482GHz,τf=43.4 ppm/℃。在此基础上,利用 LBSCA 掺杂对上述材料进行低温烧结,900℃烧结的Li1.0Nb0.52(Ti1/2W1/2)0.08Ti0.5O3-1.2 wt.%LBSCA陶瓷具有最佳的微波介电性能:εr=49.4,Q ×f=8149 GHz,τf=12.0 ppm/℃。(3)采用降烧效果最好的LBSCA玻璃作为烧结助剂,研究Co2+取代对Li1.0-2xCoxNb0.6Ti0.5O3低温烧结陶瓷的影响。Co2+能够固溶进主晶相,但会造成主晶相Ti含量减少并以TiO2形式析出,造成整体结构从M相向LiNbO3退化。950℃烧结的Li0.96Co0.02Nb0.6Ti0.5O3+0.4 wt.%LBSCA陶瓷的综合微波介电性能最佳,τf值接近零:Q×f=6255 GHz,εr=62,τf=0.97 ppm/℃。(4)选择综合微波介电性能较好的Li0.96Co0.02Nb0.6Ti0.5O3+0.4 wt.%LBSCA陶瓷作为介质层,设计了一款基于LTCC的2.7 GHz三层SIW带通滤波器,相对带宽为5.9%,最小插入损耗为-1.086 dB,通带内回波损耗大于20dB,满足设计要求。
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